STM32F10X系列微控制器標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的應(yīng)用

摘要：基于簡(jiǎn)化Codex-M核微控制器嵌入式軟件的開發(fā)步驟，增強(qiáng)軟件可移植性的目的，時(shí)微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)(CMSIS)、ST公司標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)V3．5的文件結(jié)構(gòu)、相互聯(lián)系、功能作用進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并以具有Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VET6為例，給出了IAR FOR ARM6．30編程環(huán)境下的開發(fā)步驟。結(jié)合具體應(yīng)用，本文對(duì)數(shù)據(jù)端口、中斷進(jìn)行設(shè)置，縮短了開發(fā)時(shí)間，提高了代碼效率。
關(guān)鍵詞：Cortex-M；微控制器；外設(shè)庫(kù)；CMSIS

Stm32f10x系列微控制器具有Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)，它集成了CM3core的中心處理器內(nèi)核和先進(jìn)的系統(tǒng)外設(shè)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)置的中斷控制、存儲(chǔ)器保護(hù)，以及系統(tǒng)的調(diào)試和跟蹤功能。在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，控制軟件首先需要對(duì)微控制器的啟動(dòng)、系統(tǒng)時(shí)鐘、存儲(chǔ)器映射、中斷向量、異常處理等進(jìn)行設(shè)置，增加了控制軟件的前期開發(fā)時(shí)間，更加造成了初學(xué)者的難度。為了縮短開發(fā)時(shí)間、提高軟件的可移植性，同時(shí)降低開發(fā)成本，ST公司提供了標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動(dòng)庫(kù)，該庫(kù)集成了CMSIS文件及微控制器所有外設(shè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，由于屏蔽了不同型號(hào)微控制器之間的差異，用戶文件僅需調(diào)用相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)便可完成系統(tǒng)配置，簡(jiǎn)化了開發(fā)流程，降低了開發(fā)難度。

1 CMSIS文件結(jié)構(gòu)
CMSIS為Codex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)，提供了獨(dú)立于Cortex-M處理器的外設(shè)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、中間組件的通用接口方法，解決了軟件組件應(yīng)用于不同Cortex核微控制器時(shí)所帶來(lái)的難題，簡(jiǎn)化了軟件復(fù)用，降低了Codex-M上操作系統(tǒng)的移植難度。

CMSIS的文件結(jié)構(gòu)如圖1所示(以Codex-M3為例)，其中stdint．h包括對(duì)8位、16位、32位等類型指示符的定義，主要用來(lái)屏蔽不同編譯器之前的差異。core_cm3．h和core_cm3．c中包括Cortex_M3核的全局變量聲明和定義，并定義一些靜態(tài)功能函數(shù)。system_stm32．h和system_ stm 32．c是不同芯片廠商定義的系統(tǒng)初始化函數(shù)SystemInit()，以及一些指示時(shí)鐘的變量。Stm32f10x．h是提供給應(yīng)用程序的頭文件，包含core _cm3．h和system_stm32．h，定義了與特定芯片廠商相關(guān)的寄存器以及各中斷異常號(hào)，并可定制M3核中的特殊設(shè)備，如MCU、中斷優(yōu)先級(jí)位數(shù)以及SysTick時(shí)鐘配置。雖然CMSIS提供的文件很多，但在應(yīng)用程序中只需包含h頭文件。

2 標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)簡(jiǎn)介
ST官方提供的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)文件包括標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)文件、標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動(dòng)例程、各種開發(fā)環(huán)境下的模板示例、評(píng)估板專用驅(qū)動(dòng)等幾部分，其中，CMSIS和STM32F10x_StdPeriph_Driver是最重要的部分。STM32F10x_StdPeriph_Driver則包括了微控制器所有外設(shè)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，這些驅(qū)動(dòng)函數(shù)均使用C語(yǔ)言編寫，并提供了統(tǒng)一的函數(shù)調(diào)用接口。Project文件夾中則包括了ST官方的所有例程和基于不同編譯器的項(xiàng)目模板，這些例程是學(xué)習(xí)和使用STM32的重要參考。Utilities包含了相關(guān)評(píng)估板的示例程序和驅(qū)動(dòng)函數(shù)，供使用官方評(píng)估板的開發(fā)者使用，其中很多驅(qū)動(dòng)函數(shù)同樣可以作為學(xué)習(xí)的重要參考。

標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)文件之間的關(guān)系如圖2所示，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動(dòng)包括源文件stm32f10x_PPP．C和頭文件stm32f10x_ppp．h兩個(gè)文件(PPP表示外設(shè)，如GPIO、EXTI、I2C等)，源文件中包含了相應(yīng)外設(shè)的所有驅(qū)動(dòng)函數(shù)，在misc．c文件中定義了CMSIS功能的一些附加函數(shù)，如對(duì)NVIC的配置等。STM32f10x．h為CMSIS Codex-M3設(shè)備外設(shè)訪問(wèn)層頭文件，包含了STM32F10x全系列所有外設(shè)寄存器的定義(寄存器的基地址和布局)、位定義、中斷向量表、存儲(chǔ)空間的地址映射，以及是否使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)設(shè)置等。System_stm32f10x．C為CMSIS Cortex-M3設(shè)備外設(shè)訪問(wèn)層系統(tǒng)文件，完成系統(tǒng)初始化及時(shí)鐘配置。Stm32f10x_conf．h為標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動(dòng)配置文件，通過(guò)更改包含的外設(shè)頭文件來(lái)選擇所使用的外設(shè)，在新建程序和進(jìn)行功能變更之前應(yīng)當(dāng)首先修改對(duì)應(yīng)的配置。Stm32f10x_it．c為外設(shè)中斷函數(shù)文件，通過(guò)在相應(yīng)位置加入中斷程序代碼執(zhí)行相應(yīng)中斷操作，在實(shí)際應(yīng)用中，中斷函數(shù)也可以設(shè)置在項(xiàng)目主程序文件中，但中斷函數(shù)名必須正確。

3 基于標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)步驟
在IAR FOR ARM6．30編程環(huán)境下，采用V3．50的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)，開發(fā)步驟如下：
1)首先創(chuàng)建一能夠象征項(xiàng)目含義的文件夾(如touch)，并在該文件夾下創(chuàng)建名為EVARM和Library的文件夾；
2)STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．5．0中STM32F10x_StdPeriph_Driver和CMSIS文件夾拷貝到touch目錄下；
3)將＼STM32F10x_StdPeriph_Lib_V350＼Project＼STM32F10x_StdPeriph_Template下的main．c、stm32f10x_confh、stm32f10x_it.c、stm32f10x_it．h拷貝到touch目錄下；
4)將＼STM32F10x_StdPeriph_Lib_V350＼Project＼STM32F10x_StdPeriph_Template＼EWARM下的stm32f10x_flashcfstm32f10x_flash_ex tsram．icf、stm32f10x_nor．icf、stm32f10x_ram．icf拷貝至／touch／EVARM；
5)打開IAR Embedded Workbench IDE，創(chuàng)建一個(gè)新的workspace，而后按照模板創(chuàng)建一個(gè)新空白項(xiàng)目；
6)為項(xiàng)目添加工作組CMSIS、StdPeriph_Driver、EVARM、User、Doc，如圖3所示；

7)向各工作組添加文件，將core_cm3．c、system_stm32f10x．c添加到CMSIS；將startup_stm32f10x_hd．s添加到EVARM；將misc．c、stm32f10x_rcc．c及所需其它外設(shè)驅(qū)動(dòng)源文件添加到StdPeriph_Driver；將main．c、stm32f10x_it．c添加到User；
8)在Project→options→C／C++Compiler→Preprocessor中設(shè)置、添加編譯搜索路徑，最好包括所有項(xiàng)目中所調(diào)用文件的路徑，否則需要在源文件中給出被調(diào)文件的完整路徑；
9)在Project→options→Ceneral Options→Target標(biāo)簽頁(yè)選擇相應(yīng)器件；
10)勾選Project→Options→General Options→Library Configuration→Use CMSIS選項(xiàng)；
11)在stm32f10x．h文件中配置控制器啟動(dòng)文件，根據(jù)所選用產(chǎn)品系列，去掉相應(yīng)注釋即可，如令#defineSTM32F10X_HD有意義；同時(shí)，去掉／*#define USE_STDPERIPH_DRIVER*／的注釋，表示使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)；
12)選擇使用HSI或HSE，system_stm32f10x．c中相關(guān)程序代碼段如下：


在不進(jìn)行任何改動(dòng)情況下，系統(tǒng)默認(rèn)使用HIS作為系統(tǒng)時(shí)鐘，如使用HSE作為系統(tǒng)時(shí)鐘，則需將／*#define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALU E*／的注釋去掉，屏蔽HSI頻率定義項(xiàng)，同時(shí)根據(jù)所用外部晶振頻率在stm32f10x．h中重新定義HSE_VALUE的數(shù)值。
13)對(duì)main．c文件內(nèi)容進(jìn)行修改，但須保留#include“stm32f10x．h”，編譯、連接項(xiàng)目文件后生成可執(zhí)行代碼；
14)在仿真器編譯環(huán)境下，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

4 應(yīng)用實(shí)例
采用STM32F103VET6微控制器實(shí)現(xiàn)LCD顯示器的各種操作，LCD顯示器采用北京寧和公司的480×234TFT256色顯示器，配套控制器為NHC_ 36。微控制器PD口高8位作為數(shù)據(jù)口，PB15、PB14、PC6、PC7、PC8分別作為A0、WR、A1、CS、RD的控制信號(hào)，當(dāng)PBO引腳電平在下降沿時(shí)觸發(fā)外部中斷線0中斷，在顯示器上繪制一條直線。建立項(xiàng)目步驟如3所述，將中斷函數(shù)設(shè)置在主程序文件中，使用HSE為系統(tǒng)時(shí)鐘，本文且未對(duì)LCD操作函數(shù)進(jìn)行說(shuō)明，僅給出利用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)進(jìn)行端口及中斷設(shè)置的代碼。
微控制器I／O口配置程序代碼如下：

為了將PB0配置為中斷輸入且中斷有效，須開啟PB口I／O時(shí)鐘及AFIO時(shí)鐘，中斷配置代碼如下：


在主程序中設(shè)置循環(huán)狀態(tài)以等待中斷，當(dāng)PB0口由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，觸發(fā)中斷，調(diào)用外部中斷線0中斷函數(shù)。具體應(yīng)用中，如果有多個(gè)中斷源可以觸發(fā)該外部中斷，還須判斷中斷標(biāo)志位以確定執(zhí)行何種操作。

5 結(jié)束語(yǔ)
文中介紹了ST公司V3．50標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的文件架構(gòu)和相互聯(lián)系，基于IAR FOR ARM6．30開發(fā)環(huán)境給出了參考編程步驟，并根據(jù)實(shí)例設(shè)計(jì)了具體的程序代碼。采用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)，無(wú)需太多了解微處理器底層硬件結(jié)構(gòu)，只要具有C／C++軟件基礎(chǔ)，根據(jù)本文介紹的參考步驟，便可開發(fā)出高效直觀的程序代碼。